问题

为什么哺乳动物几乎没有三倍体或者四倍体,多倍体?

回答
这确实是一个非常有趣且值得深究的生物学现象。哺乳动物,特别是我们人类,绝大多数都是二倍体(2n),这意味着我们每个细胞都拥有两套染色体,一套来自父亲,一套来自母亲。在自然状态下,出现三倍体(3n)或四倍体(4n)的个体极其罕见,而且即使出现,也往往是致死性的,或者伴随严重的畸形和发育障碍。这背后涉及到生物学上多重严谨的机制在起作用,共同“筛选”掉了这些非二倍体。

要理解为什么哺乳动物很少有三倍体或四倍体,我们需要从生命的起源、生殖过程、细胞发育以及进化选择等多个角度来剖析。

一、 生殖细胞的产生——减数分裂的精密调控

这是最核心的原因之一。哺乳动物通过减数分裂产生配子(精子和卵子)。减数分裂是一个极其精确的过程,其目的就是将二倍体细胞的染色体数目减半,形成单倍体(n)的配子。这个过程有两个关键的减数分裂阶段:

1. 减数第一次分裂 (Meiosis I):同源染色体对(一条来自父方,一条来自母方)配对,然后发生交叉互换(基因重组),最后同源染色体对分离,细胞分裂。这时,每个子细胞拥有23条染色体,但每条染色体仍然由两条染色单体组成(也就是“复制过的”状态)。
2. 减数第二次分裂 (Meiosis II):姐妹染色单体分离,细胞再次分裂。最终产生四个单倍体(n)的子细胞,每个细胞有23条染色体,每条染色体只有一条染色单体。

减数分裂如果出现错误(非分离,nondisjunction),就可能导致配子染色体数目异常。

减数第一次分裂错误:如果同源染色体对未能正确分离,一个子细胞可能会获得两条同源染色体(共46条染色单体),而另一个子细胞则会丢失一条同源染色体(只有23条染色单体)。
减数第二次分裂错误:如果姐妹染色单体未能正确分离,一个子细胞可能会获得两条染色单体(相当于两条完整的染色体),而另一个子细胞则会丢失一条染色单体。

精子形成过程中:理论上,一次减数分裂错误,一个父方精原细胞最终可能产生2个n+1(多一条染色体)的精子,2个n1(少一条染色体)的精子,或者更复杂的情况。
卵子形成过程中:卵子形成更为特殊,是一个不对称的细胞分裂过程,会产生一个卵细胞和几个极体(polar bodies)。减数分裂的错误同样可能导致卵细胞携带异常数目的染色体。

二、 受精过程——“一对一”的严谨匹配

正常的受精是精子与卵子结合,形成合子(zygote)。精子是单倍体(n),卵子也是单倍体(n)。它们的结合是“1+1=2”的模式,最终形成正常的二倍体(2n)合子。

如果异常配子参与受精,就可能导致多倍体合子:

n+1 精子(或卵子) + n 卵子(或精子) = 2n+1 (三体):例如,唐氏综合征就是21号染色体为三体(47条染色体)。
n+1 精子 + n+1 卵子 = 2n+2 (四体):这种情况非常罕见。
2n 配子 + n 配子 = 3n (三倍体):这通常发生在两个精子同时进入卵子受精(双精子受精),或者卵子本身是二倍体(未完成减数第二次分裂)时,再与一个正常精子结合。

为什么三倍体(3n)和四倍体(4n)在哺乳动物中如此罕见且难以存活?

这涉及到染色体数量失衡对细胞发育的灾难性影响。

1. 基因剂量失衡 (Gene Dosage Imbalance):
我们身体的许多生理过程都依赖于特定基因产物的精确“剂量”。例如,如果一个基因在每条染色体上有3份(三倍体),其表达产物就会比正常情况(两份)多约50%。这种过量的基因产物会干扰细胞内的生化反应、信号通路以及蛋白质之间的相互作用。
许多基因的表达水平是经过精密调控的,以适应二倍体细胞的环境。染色体数量的增多打破了这种平衡,导致某些基因的“唱主角”,而另一些基因则可能被“压制”,或者产生过量的产物,引起细胞功能紊乱。

2. 减数分裂和配子形成困难 (Difficulty in Meiosis and Gamete Formation):
在多倍体(如三倍体)的生殖细胞形成过程中,染色体联会和分离会变得极为复杂和混乱。例如,三倍体细胞在减数第一次分裂时,三条同源染色体(如果存在的话)难以形成稳定的三价体(trivalent),分离时常常出现不均等的分离,导致产生的配子染色体数目更加异常,大部分是不可育的。
想象一下,在一个三倍体细胞里,有三条同源的染色体。在减数第一次分裂时,它们如何准确地配对和分离?通常只能两条配对,留下一条落单,这样分离出来的配子就必定是异常的。

3. 早期胚胎发育障碍 (Early Embryonic Developmental Arrest):
即使是偶尔产生的三倍体或四倍体合子,也往往在极早期胚胎发育阶段就夭折了。二倍体基因组的精确调控是早期胚胎分化、组织形成的关键。染色体数量的失衡会直接影响胚胎干细胞的分裂、分化能力以及细胞间的相互作用,导致胚胎无法正常发育。
某些多倍体胚胎可能会表现出早期的生长迹象,但很快就会因为基因剂量失衡导致的信号通路异常、细胞凋亡增加等问题而停止发育。

4. “致死性多倍体” (Lethal Polyploidy):
许多研究表明,对于哺乳动物而言,三倍体和四倍体基本上是“致死性”的,只有极少数能够存活下来并伴有严重的畸形,比如常说的“三倍体比例畸胎”(Triploid Syndrome)。这种畸胎通常表现为生长迟缓、多指、面部特征异常,以及严重的器官发育缺陷,通常在胎儿期或出生后不久死亡。

三、 进化和选择的作用

从进化的角度来看,二倍体配子形成和二倍体合子的稳定是经过长期自然选择保留下来的。这种模式保证了遗传物质的稳定传递和物种的繁衍。

稳定性:二倍体模式提供了基因组合的稳定性和变异的来源(通过减数分裂和基因重组),但同时又避免了染色体数量失衡带来的潜在风险。
对环境的适应性:稳定的基因组是适应环境变化的基础。过于混乱的染色体数量会严重削弱生物体的适应能力。

一些例外和类比

植物的多倍体:值得注意的是,在植物界,多倍体现象非常普遍,并且许多植物物种就是天然的多倍体。例如,小麦、玉米、土豆等都有多倍体品种。这是因为植物的细胞壁结构更坚韧,对细胞膨压的耐受性更强,而且植物的生殖方式更加多样化(如无性繁殖),对染色体数量异常的容忍度也更高。植物可以通过染色体加倍(如秋水仙素诱导)来快速获得多倍体新品种。
某些非整倍体现象在哺乳动物中的存活:虽然我们很少见到三倍体或四倍体,但某些非整倍体(染色体数目异常但并非全部染色体数目翻倍)的个体是可以存活的,例如前面提到的唐氏综合征(21三体),还有爱德华兹综合征(18三体)、帕陶综合征(13三体)等。这些非整倍体之所以能存活,是因为只有个别染色体出现了异常,其带来的基因剂量失衡程度相对较轻,并且可能有一些代偿机制。但即使如此,这些疾病也常常伴有严重的健康问题。

总结一下,哺乳动物几乎没有三倍体或四倍体的根本原因在于:

1. 减数分裂的精密调控:自然选择保留了能够稳定产生单倍体配子的减数分裂机制,错误发生率虽有但很低。
2. 受精的“一对一”模式:正常的受精是单倍体配子的结合,形成二倍体合子。
3. 基因剂量失衡的致命性:染色体数量的增多(如三倍体、四倍体)会严重扰乱细胞内的基因表达调控和生化反应,导致发育障碍。
4. 早期胚胎发育的脆弱性:哺乳动物的胚胎发育极其依赖于基因组的精确调控,染色体数量的异常很容易导致胚胎在早期阶段即停止发育。
5. 进化选择的压力:二倍体模式在漫长的进化过程中已被证明是最稳定的繁殖策略。

可以说,哺乳动物对染色体数量变化的容忍度极低,这使得三倍体或四倍体的个体成为极少数,并且几乎无法存活和繁衍。这是一个多层级、精密的生物学防御系统共同作用的结果。

网友意见

user avatar

多倍体细胞通常有比正常规格更大的细胞核,体细胞平均尺寸很可能增大,对动物发育相关的生物力学特性造成影响;多倍体细胞有丝分裂和减数分裂时产生非整倍体细胞的概率高于二倍体,容易造成混乱;多倍体细胞的基因调控与表观遗传修饰比二倍体更不稳定,基因表达模式和基因间相互作用可能出问题,尤其是靠性染色体决定性别的物种在多倍化后生殖系统可能发育不正常。

哺乳动物踩了上述所有的雷,X 染色体与常染色体的数量配比失常还可能影响脑的发育等,其胚胎细胞在多倍化之后可能不知所措地乱搞、造成流产,这些物种还缺乏无性生殖手段,偶然产生的多倍体个体难以传代(三倍体个体往往不能产生正常的配子,四倍体个体与二倍体同类产生的三倍体后代也面临一样的问题,额外的性染色体还会造成各式各样的畸形)。

不过,在细胞层面上,哺乳动物经常使用多倍化的细胞,体细胞非整倍性在哺乳动物体内也很常见。

  • 全身都是三倍体细胞·四倍体细胞的人胚胎不能成活,但可以与二倍体细胞共同组成人体并存活。人们已经发现一些人是二倍体-三倍体嵌合体、二倍体-四倍体嵌合体。
  • 正常人的肝细胞、骨骼肌细胞之类多核细胞在宽泛定义中也不是二倍体。严格的倍性定义则只关注单个细胞核的染色体情况,不管有多少个细胞核。

不限于哺乳类,动物多倍化后的成活率大多比植物低。1925 年,Muller 将动物多倍体较少的原因归结于其有性生殖方式,影响了二十世纪的许多学者,一度形成了刻板印象。1960 年以来,人们已经越来越多地认识到多倍化对鱼物种形成的作用。哺乳动物的遥远祖先已经多倍化过了。

要看相关论文的话,可以从这篇及其参考文献开始:

B. K. MABLE,‘Why polyploidy is rarer in animals than in plants’: myths and mechanisms, Biological Journal of the Linnean Society, Volume 82, Issue 4, August 2004, Pages 453–466,

,doi.org/10.1111/j.1095-

类似的话题

  • 回答
    这确实是一个非常有趣且值得深究的生物学现象。哺乳动物,特别是我们人类,绝大多数都是二倍体(2n),这意味着我们每个细胞都拥有两套染色体,一套来自父亲,一套来自母亲。在自然状态下,出现三倍体(3n)或四倍体(4n)的个体极其罕见,而且即使出现,也往往是致死性的,或者伴随严重的畸形和发育障碍。这背后涉及.............
  • 回答
    确实,当我们观察自己,或者其他哺乳动物的身体构造时,会发现一个有趣的现象:腰腹部,也就是我们常说的肚子这一块,似乎没有像胸腔或盆腔那样坚固的骨骼提供直接保护。这让人不禁要问,为什么会这样呢?这背后其实隐藏着一系列与演化、功能和生物力学紧密相关的考量。首先,我们得从哺乳动物的共同祖先说起。地球上生命演.............
  • 回答
    哺乳动物成熟的红细胞之所以普遍丧失细胞核,这可不是个随便的决定,而是它们在漫长的进化过程中,为了更高效地履行“运货”任务而做出的重大“牺牲”。你想啊,它们最核心的职责是什么?就是把氧气从肺部送到身体的各个角落,再把二氧化碳运回来。为了把这趟活儿干得又快又好,它们可真是下了不少功夫。丧失细胞核的直接原.............
  • 回答
    这个问题很有意思,也很深入。其实,说“哺乳动物没有恐龙那样的牙齿”并不完全准确,更精确的说法是:绝大多数哺乳动物的牙齿种类和形态与恐龙牙齿存在显著差异,并且哺乳动物牙齿的演化路径与恐龙是截然不同的。 要想理解这一点,我们需要从恐龙和哺乳动物各自的牙齿特点,以及它们在漫长的演化过程中所面临的不同生存环.............
  • 回答
    哺乳动物极少有毒,这背后是一系列复杂而有趣的演化选择和生态位制约共同作用的结果。与其他许多动物类群相比,哺乳动物的“毒性”能力确实显得相对有限,但这并不代表它们完全缺乏化学防御或攻击手段。相反,这种“少毒”现象本身就揭示了哺乳动物在演化道路上采取了不同的策略。要理解这一点,我们首先要明白“毒”在动物.............
  • 回答
    这个问题很有意思,其实可以从好几个角度来拆解,就像我们看一个复杂的机器,得从它的零件、设计原理到使用环境都得研究一遍。哺乳动物之所以没长出六条腿或者八条腿,不是因为我们“不够努力”或者“没想到”,而是受到了一系列生物学、物理学以及演化过程中的限制。首先,我们得回到哺乳动物的“祖宗”那儿去看看。哺乳动.............
  • 回答
    你这个问题很有意思,一下子就触及了生物进化和生理学的一些核心方面。简单来说,哺乳动物之所以没有紫色或绿色的皮肤,并不是因为大自然“不喜欢”这些颜色,而是因为在漫长的进化过程中,这两种颜色对于哺乳动物来说,并没有带来足够显著的生存优势来驱动它们的演化。下面我们来仔细聊聊为什么会这样。首先,我们得明白一.............
  • 回答
    这真是个很有意思的问题,因为它涉及到我们与身边毛茸茸的朋友之间一种奇妙的互动。说到猫狗为什么喜欢被摸头,而我们人类似乎就没那么“热情”了,这背后其实有一系列生物学、行为学和社会性原因在起作用。首先,我们得从猫狗的“头”说起。对猫狗来说,头顶、下巴、脸颊和耳后这些地方通常是它们身上最安全也最敏感的部位.............
  • 回答
    澳大利亚这片古老的大陆,孕育了太多独特的生命形式,其中最引人注目的莫过于那些背负着“育儿袋”的哺乳动物们。从人见人爱的袋鼠,到奇特的鸭嘴兽,再到可爱的考拉,它们身上共同的印记就是那神奇的育儿袋。那么问题来了,为什么澳大利亚的哺乳动物普遍拥有这个标志性的特征,而我们人类,即使是居住在这片土地上的人类祖.............
  • 回答
    哺乳动物之所以需要“憋尿”,或者更准确地说,是为了维持体内水分和电解质平衡,以及有效地排出废物,才演化出了复杂的排尿机制。这可不是一件简单的事情,背后涉及一系列精密的生理调控。首先,我们得明白“尿”是什么。尿液是我们身体代谢的产物,主要是身体利用水来溶解并排出那些无用甚至有害的物质,比如尿素(蛋白质.............
  • 回答
    这是一个非常有趣且深刻的问题,涉及到生物学、进化心理学和社会学等多个领域。简单来说,人类之所以拥有全年无休的发情期(更准确地说,是性欲持续存在),是人类进化过程中一系列复杂因素共同作用的结果。我们先来理解一下“发情期”在其他哺乳动物中的概念。其他哺乳动物的发情期(Heat/Estrus):在大多数哺.............
  • 回答
    这个问题很有意思,也很有代表性,很多人都会有这样的疑问。椰子浑身长满毛茸茸的纤维,里面还有白色的椰奶,光是这两点,很容易让人联想到一些拥有皮毛、并且会分泌乳汁的动物,特别是哺乳动物。但说到底,椰子不是哺乳动物,是因为它和哺乳动物在生物学分类上,根本就属于两个截然不同的王国。哺乳动物,顾名思义,是脊索.............
  • 回答
    要探讨“恐龙为何比哺乳动物先发展”,我们首先得把时间拨回到那个距今非常遥远,地球面貌与现在截然不同的时代——中生代。这个时代,从大约2.52亿年前的二叠纪末大灭绝之后开始,一直持续到6600万年前的白垩纪末大灭绝,是恐龙统治地球的漫长岁月。而我们熟悉的哺乳动物,虽然它们的远祖也早已存在,但真正意义上.............
  • 回答
    我明白你的感受!很多人都会觉得哺乳动物的幼崽特别惹人喜爱,这种感觉背后其实有很多有趣的生物学和心理学的原因。这可不是什么偶然,而是经过漫长演化留下的印记,让我们对这些小生命充满保护欲。首先,我们来聊聊“宝宝脸”。相信你也能注意到,无论是小猫小狗,还是人类的婴儿,它们都有一些相似的特征:大大的眼睛、圆.............
  • 回答
    关于为什么进化史上哺乳动物没有发展出类似狮鹫那样四足且拥有翅膀的身体形态,这是一个非常有趣的问题,涉及到生物学、古生物学和物理学的诸多因素。要深入理解这一点,我们需要从几个关键角度来剖析。首先,我们得弄清楚“狮鹫”这个概念。它通常被描绘成拥有狮子的身体,鹰的翅膀和头部,以及四条腿。虽然我们讨论的是哺.............
  • 回答
    你这个问题触及了一个关于生命早期发育很有趣的方面。其实,刚出生的哺乳动物就带着一身毛,这并不是什么神奇的魔法,而是它们在母体内就已经完成了一段重要的发育过程。回想一下,母亲的子宫是一个相对恒温的环境,虽然不如外界稳定,但也能为胎儿提供一个相对适宜的温度。然而,一旦宝宝出生,它就要面对一个全新的、可能.............
  • 回答
    这确实是一个挺有意思的问题,也很值得一聊。很多人脑子里可能有个画面,就是体型巨大的大象遇到凶猛的老虎,总该能压制住吧?但现实往往不是这么简单,大象对老虎的“威慑力”之所以显得不那么足,甚至有时还会处于劣势,这背后其实有多方面的原因,咱们一条条细说。首先,得明确一点,大象确实是陆地最大的哺乳动物,这一.............
  • 回答
    您提出了一个非常有趣且具有启发性的问题!确实,放眼哺乳动物的世界,我们几乎看不到天生的绿色毛发。这并非偶然,而是由一系列生物学、进化和环境因素共同决定的。让我为您详细解释:1. 皮肤和毛发的色素基础: 哺乳动物毛发的颜色主要由两种色素决定: 黑色素 (Melanin): 这是最主要的.............
  • 回答
    你这个问题提得非常有意思,而且其实挺有普遍性的观察。之所以会觉得海生的大型食肉哺乳动物(比如鲸鱼、海豚)对人类相对温顺,而陆生的(比如狮子、老虎、熊)却常常被描绘成凶猛的掠食者,这背后其实涉及到几个挺关键的因素,我来跟你掰扯掰扯:一、 生存环境的巨大差异:生存压力和食物链的位置这是最根本的原因。想象.............
  • 回答
    这个问题很有趣,也很值得探讨!要说陆地上最大的哺乳动物——大象,为什么它们的“大本营”设在了热带,这背后其实是一系列精妙的生态和进化因素在起作用,而不是一个单一的原因可以简单概括的。我们可以从几个核心的方面来深入分析一下。一、 食物供应:热带雨林的慷慨馈赠首先,最直接也是最关键的原因,就是食物。热带.............

本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息,本站不存储任何数据与内容,任何内容与数据均与本站无关,如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度google,bing,sogou

© 2025 tinynews.org All Rights Reserved. 百科问答小站 版权所有